Mevcut çalışmamızda dizel motor radyatöründe soğutma sıvısında nanoakışkan kullanımıyla radyatör performansının artırılması amaçlanmıştır. Su, antifriz (etilen glikol) gibi akışkanlar ısı değiştiricilerde kullanılan geleneksel ısı transferi akışkanlarıdır. Isı transferini geliştirmek için en yaygın yöntemlerden birisi ısı transfer yüzey alanını maksimum seviyeye getirmek olup, radyatör gibi birçok ısı değiştiricisi tasarlanırken ısı transfer sisteme bağlı olarak mümkün olmamaktadır. Özellikle havacılık ve otomotiv sistemlerinde, ısı transferi alanının artırılması istenilmeyen ağırlık artışı meydana gelmektedir. Bu sebeplerden ötürü konstrüksiyona bağlı ısı transferi yüzey alanının arttırılamadığı durumlarda nanoakışkan kullanılarak ısı transferinin iyileştirilmesi sağlanabilmektedir. Bir katı metalin ısıl iletkenliği temel akışkanınkinden yüksek olduğu için temel akışkan içerisine süspansiyon olarak katılan ince katı metaller, akışkanın ısıl iletkenliğini artırmaktadır. Akışkan içerisine süspanse edilen partiküller akışkanın yüzey alanını ve ısıl kapasitesini büyütür. Partiküller arasındaki etkileşim ve çarpışmalar akışkanın ve akış geçidinin yüzeyinin artmasına neden olur.
Deneysel aşamada, dizel motor radyatörüne 7,5 litre temiz şebeke suyu doldurulmuştur. Daha sonra motor 1500 d/dk çalıştırılarak motorun ısınması sağlanmış ve üç kez fanın devreye girmesi sağlanarak ölçümler yapılmıştır. Motor çalışırken, TESTO 510 basınç ölçer cihazının bir ucu bloke edilerek, diğer ucu soğutma sistemi genleşme tankı devir daim besleme hattına takılarak, basınç artışı cihaz ekranından takip edilmiştir. Motor ilk fan açma aşamasına geldiğinde, TESTO 510 basınç ölçer cihazının ekranında maksimum 102, 60 hPa= (10260 Pa) olarak ölçülmüştür. Radyatör fanı tarafından radyatör yüzeyine üflenen havanın hızı DT 186 Anemometre cihazı ile ölçüm yapılmıştır. Radyatör fanı devrede iken rüzgar hızı maksimum 9, 26 m/sn olarak ölçülmüştür. Radyatör yüzeyine monte edilmiş olan dokuz T tipi termokupldan elde edilen sıcaklık verileri her üç saniyede bir ölçüm yapacak şekilde programlanmış, Keithley 2701 Ethernet Multimeter cihazı ile Excel ara yüzüne aktarılmıştır. Radyatör yüzeyine bağlanmış termokuplların ölçtüğü
ölçümü yapılmıştır. Radwag AS 220/C/2 hassas terazisinde ölçülen 150 gr nanobileşik temiz bir kabın içerisine dökülmüştür. İlgili bileşiğin üzerine 1 litre temiz su ilave edilerek nanoakışkan hazır hale getirilmiştir. Motor soğutma sistemindeki soğutucu akışkan miktarını sistemin kapasitesine tamamlamak için yaklaşık 6,5 litre su ilave edilmiştir. Daha sonra motor çalıştırılarak sistemin havası alınmıştır. Motor ısındıktan sonra radyatör fanı üç kez devreye girecek şekilde ölçümler yapılmıştır. Yapılan ölçümlerden sonra elde edilen sıcaklık verileri Keithley 2701 Ethernet Multimeter cihazı ile bilgisayar ortamına kaydedilmiştir. Kullanılan nanoakışkanların debisi ise genleşme tankı besleme hattı üzerinden Mini PVC Türbin debimetre ile ölçüm yapılmıştır. Her deney aşaması sonunda kullanılan nanoakışkan, radyatör alt hortumu sökülerek boşaltılmıştır. Daha sonra bir miktar temiz su genleşme tankından verilerek motor bloğu ile radyatör içerisinin temizlenmesi ve radyatör üst hortumunun bağlantı noktasından basınçlı hava verilerek radyatör kanallarının açık kalması sağlanmıştır.
Çalışma sonucunda, motor soğutma suyunun ısınması ile radyatör elektro fan devreye girmiştir ve sistemde ortalama 21 saniye kalmıştır. Fan açma-kapama süresi boyunca, radyatör kanatçıklarından 9,26 m/sn hızla çekilen hava ile sistemde sıcaklık düşüşü meydana gelmiştir. Elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı şu şekilde olmuştur:
● Şebeke suyu için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 16,33 ˚C olarak belirlenmiştir.
● Antifrizli su için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 17, 05 ˚C olarak belirlenmiştir.
● SiO2 (Silikondioksit) için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 18, 40 ˚C olarak
belirlenmiştir.
● Al2O3 (Alüminyumoksit) için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 18, 85 ˚C
olarak belirlenmiştir.
● TiO2 (Titanyumdioksit) için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 17, 29 ˚C
olarak belirlenmiştir.
● Fe3O4 (Demiroksit) için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 16, 68 ˚C olarak
belirlenmiştir.
● ZnO (Çinko oksit) için elektro fan açıkken oluşan sıcaklık farkı 18, 08 ˚C olarak belirlenmiştir.
Deneyde kullanılan nanobileşiklerin ısı iletim katsayıları büyükten küçüğe doğru sıralaması şu şekilde olmuştur:
Al2O3 – SiO2 – ZnO – Fe3O4 - ZrO2 – TiO2 – Antifrizli su – Şebeke suyu
Fan açma kapama sırasında sistemde en fazla sıcaklık farkı Al2O3 olmuştur. Fan
açma kapama sırasında sistemde en az sıcaklık farkı ise TiO2 olmuştur.Aynı şartlar altında
Al2O3 nano akışkanı sayesinde radyatördeki sıcaklık 18,85 ˚C azalmıştır.Antifrizli suyun
kullanıldığı radyatörde sıcaklık 17,05 ˚C azalmıştır.Sonuç olarak çalışma içerisindeki en iyi ısı ileten Al2O3 nanoakışkanı ile antifrizli su akışkanı arasında 1,80 ˚C fark meydana
gelmiştir.ZrO2 ile ZnO nanobileşiklerinin yoğunlukları, diğerlerine göre yüksek
olduklarından dolayı bunlardan elde edilen nanoakışkanlar fazla homojen yapıya sahip değildir.Su içerisinde çökelme hızı yüksektir. Fe3O4 ise su ile homojen karışmamıştır ve
nanobileşik su üzerinde topaklanma meydana gelmiştir.Fe3O4 nanobileşiğinin ısı iletkenliği
saf suya yakındır. Bu yüzden soğutucu akışkan olarak kullanımı uygun değildir. Sistemde debi verilerinde ise küçükten büyüğe doğru sıralaması şu şekilde olmuştur:
Şebeke suyu – Antifrizli su – SiO2 – Al2O3 – TiO2 – Fe3O4 – ZnO – ZrO2 –
Sıcaklığın artması ile genellikle yoğunluk azalır. Buda motordan radyatöre birim zamanda geçiş yapan soğutucu akışkanın hacminde artmaya yol açar. Debi verilerinde en düşük yoğunluk suyun, en yüksek yoğunluk ise ZrO2 nanobileşiğidir. Fe3O4 yoğunluğu ise
saf suya yakındır.
Bu tez çalışmasının sonucunda, motor soğutma sisteminde soğutucu olarak kullanılması için nanoakışkanlar hazırlanmıştır. Yapılan deney sonuçlarına göre kullanılan nanoakışkanların termofiziksel özellikleri sayesinde motor soğutma sisteminde daha fazla sıcaklık düşüşü oluşmuştur. Ancak suda çözünmeyen nanobileşikler zamanla çökelmeye maruz kaldığı için su dolaşım kanallarının tıkanmasına neden olur.